激光焊接技術(shù)（科技技術(shù)名稱）

激光焊接技術(shù)（科技技術(shù)名稱）

激光焊接技術(shù) （科技技術(shù)名稱） 次瀏覽 | 2022.07.25 10:08:27 更新 來(lái)源 ：互聯(lián)網(wǎng) 精選百科 本文由作者推薦 激光焊接技術(shù)科技技術(shù)名稱

激光焊接技術(shù)具有溶池凈化效應(yīng)，能純凈焊縫金屬，適用于相同和不同金屬材料間的焊接。激光焊接能量密度高，對(duì)高熔點(diǎn)、高反射率、高導(dǎo)熱率和物理特性相差很大的金屬焊接特別有利。激光焊接，用比切割金屬時(shí)功率較小的激光束，使材料熔化而不使其氣化，在冷卻后成為一塊連續(xù)的固體結(jié)構(gòu)。

中文名

激光焊接技術(shù)

能源

激光束

范圍

熔化焊

優(yōu)勢(shì)

可將入熱量降到最低的需要量

簡(jiǎn)介

激發(fā)電子或分子使其在轉(zhuǎn)換成能量的過(guò)程中產(chǎn)生集中且相位相同的光束，由光學(xué)震蕩器及放在震蕩器空穴兩端鏡間的介質(zhì)所組成。

介質(zhì)受到激發(fā)至高能量狀態(tài)時(shí)，開始產(chǎn)生同相位光波且在兩端鏡間來(lái)回反射，形成光電的串結(jié)效應(yīng)，將光波放大，并獲得足夠能量而開始發(fā)射出激光。激光亦可解釋成將電能、化學(xué)能、熱能、光能或核能等原始能源轉(zhuǎn)換成某些特定光頻（紫外光、可見光或紅外光的電磁輻射束的一種設(shè)備。

轉(zhuǎn)換形態(tài)在某些固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)中很容易進(jìn)行。當(dāng)這些介質(zhì)以原子或分子形態(tài)被激發(fā)，便產(chǎn)生相位幾乎相同且近乎單一波長(zhǎng)的光束-----激光。由于具同相位及單一波長(zhǎng)，差異角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及熱處理等功能前可傳送的距離相當(dāng)長(zhǎng)。

世界上的第一個(gè)激光束于1960年利用閃光燈泡激發(fā)紅寶石晶粒所產(chǎn)生，因受限于晶體的熱容量，只能產(chǎn)生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達(dá)10^6瓦，但仍屬于低能量輸出。

使用釹（ND）為激發(fā)元素的釔鋁石榴石晶棒（Nd:YAG）可產(chǎn)生1---8KW的連續(xù)單一波長(zhǎng)光束。YAG激光，波長(zhǎng)為1.06uM，可以通過(guò)柔性光纖連接到激光加工頭，設(shè)備布局靈活，適用焊接厚度0.5-6mm。

使用CO2為激發(fā)物的CO2激光（波長(zhǎng)10.6uM），輸出能量可達(dá)25KW，可做出2mm板厚單道全滲透焊接，工業(yè)界已廣泛用于金屬的加工上。

早期的激光焊接研究實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是利用紅寶石脈沖激光器，當(dāng)時(shí)雖然能夠獲得較高的脈沖能量，但是這些激光器的平均輸出功率相當(dāng)?shù)停@主要是由激光器很低的工作效率和發(fā)光物質(zhì)的受激性所決定的。

激光焊接主要使用CO2激光器和YAG激光器，YAG激光器由于具有較高的平均功率，在它出現(xiàn)之后就成為激光點(diǎn)焊和激光縫焊的優(yōu)選設(shè)備。

激光焊接與電子束焊接的顯著區(qū)別在于激光輻射不能產(chǎn)生穿孔焊接方式。而實(shí)際上，當(dāng)激光脈沖能量密度達(dá)到10的6次方W/CM2時(shí)，就會(huì)在被焊接金屬材料焊接界面上形成焊孔，小孔的形成條件得到滿足，從而就可以利用激光束進(jìn)行深熔焊接。

在20世紀(jì)70年代以前，由于高功率連續(xù)波形激光器尚未開發(fā)出來(lái)，所以研究重點(diǎn)集中在脈沖激光焊接上。早期的激光焊接研究實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是利用紅寶石脈沖激光器。

YAG激光器的焊接過(guò)程是通過(guò)焊點(diǎn)搭接而進(jìn)行的，直到1KW以上的連續(xù)功率波形激光器誕生以后，具有真正意義的激光縫焊才得以實(shí)現(xiàn)。

隨著千瓦級(jí)連續(xù)CO2激光器焊接試驗(yàn)的成功，激光焊接技術(shù)在20世紀(jì)70年代初取得突破性進(jìn)展。在大厚度不銹鋼試件上進(jìn)行CO2激光焊接，形成了穿透熔深的焊縫，從而清楚的標(biāo)明了小孔的形成，而且激光焊接產(chǎn)生的深熔焊縫與電子束焊接相似。這些利用CO2激光器進(jìn)行金屬焊接的早期工作證明了高功率連續(xù)激光焊接的巨大潛能。

在航空工業(yè)以及其他許多應(yīng)用中，激光焊接能夠?qū)崿F(xiàn)很多類型材料的連接，而且激光焊接通常具有許多其他熔焊工藝無(wú)法比擬的優(yōu)越性，尤其是激光焊接能夠連接航空與汽車工業(yè)中比較難焊的薄板合金材料，如鋁合金等，并且構(gòu)件的變形小，接頭質(zhì)量高。

激光加工另一項(xiàng)具有吸引力的應(yīng)用方面是利用了激光能夠?qū)崿F(xiàn)局部小范圍加熱特性，激光所具有的這種熱點(diǎn)使其非常適合于印刷電路板一類的電子器件的焊接，激光能在電子器件上非常小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很高的平均溫度，而接頭以外的區(qū)域則基本不受影響。

特點(diǎn)

首先，激光焊接可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機(jī)具的耗損及變形接可降至最低。

激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)之距離，且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無(wú)法發(fā)揮。

其次，工件可放置在封閉的空間（經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）。激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件，可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。另外，易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。焊接薄材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接般易有回熔的困擾。

應(yīng)用現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái),鋁合金激光焊接是科研院所和企業(yè)持續(xù)進(jìn)行技術(shù)研究和應(yīng)用的難點(diǎn)和熱點(diǎn)領(lǐng)域,隨著市場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)輕量化需求的持續(xù)增長(zhǎng),以及國(guó)產(chǎn)高功率激光器、激光頭產(chǎn)品逐漸發(fā)展成熟,激光焊接系統(tǒng)成本呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。[1]

在此背景下,限制鋁合金激光焊接應(yīng)用擴(kuò)大的關(guān)鍵瓶頸將由成本投入向焊接工藝轉(zhuǎn)變,突破新型/難焊鋁合金材料、以及厚板復(fù)雜結(jié)構(gòu)在特定應(yīng)用場(chǎng)合的激光焊接工藝將成為鋁合金激光焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用增長(zhǎng)的動(dòng)力源泉。

參考資料